Smart Grid (SG) is an electrical grid enhanced with information and communication technology capabilities, so it can support two-way electricity and communication flows among various entities in the grid. The aim of SG is to make the electricity industry operate more efficiently and to provide electricity in a more secure, reliable and sustainable manner. Automated Meter Reading (AMR) and Smart Electric Vehicle (SEV) charging are two SG applications tipped to play a major role in achieving this aim. The AMR application allows different SG entities to collect users’ fine-grained metering data measured by users’ Smart Meters (SMs). The SEV charging application allows EVs’ charging parameters to be changed depending on the grid’s state in return for incentives for the EV owners. However, both applications impose risks on users’ privacy. Entities having access to users’ fine-grained metering data may use such data to infer individual users’ personal habits. In addition, users’ private information such as users’/EVs’ identities and charging locations could be exposed when EVs are charged. Entities may use such information to learn users’ whereabouts, thus breach their privacy. This thesis proposes secure and user privacy-preserving protocols to support AMR and SEV charging in an efficient, scalable and cost-effective manner. First, it investigates both applications. For AMR, (1) it specifies an extensive set of functional requirements taking into account the way liberalised electricity markets work and the interests of all SG entities, (2) it performs a comprehensive threat analysis, based on which, (3) it specifies security and privacy requirements, and (4) it proposes to divide users’ data into two types: operational data (used for grid management) and accountable data (used for billing). For SEV charging, (1) it specifies two modes of charging: price-driven mode and price-control-driven mode, and (2) it analyses two use-cases: price-driven roaming SEV charging at home location and price-control-driven roaming SEV charging at home location, by performing threat analysis and specifying sets of functional, security and privacy requirements for each of the two cases. Second, it proposes a novel Decentralized, Efficient, Privacy-preserving and Selective Aggregation (DEP2SA) protocol to allow SG entities to collect users’ fine-grained operational metering data while preserving users’ privacy. DEP2SA uses the homomorphic Paillier cryptosystem to ensure the confidentiality of the metering data during their transit and data aggregation process. To preserve users’ privacy with minimum performance penalty, users’ metering data are classified and aggregated accordingly by their respective local gateways based on the users’ locations and their contracted suppliers. In this way, authorised SG entities can only receive the aggregated data of users they have contracts with. DEP2SA has been analysed in terms of security, computational and communication overheads, and the results show that it is more secure, efficient and scalable as compared with related work. Third, it proposes a novel suite of five protocols to allow (1) suppliers to collect users accountable metering data, and (2) users (i) to access, manage and control their own metering data and (ii) to switch between electricity tariffs and suppliers, in an efficient and scalable manner. The main ideas are: (i) each SM to have a register, named accounting register, dedicated only for storing the user’s accountable data, (ii) this register is updated by design at a low frequency, (iii) the user’s supplier has unlimited access to this register, and (iv) the user cancustomise how often this register is updated with new data. The suite has been analysed in terms of security, computational and communication overheads. Fourth, it proposes a novel protocol, known as Roaming Electric Vehicle Charging and Billing, an Anonymous Multi-User (REVCBAMU) protocol, to support the priced-driven roaming SEV charging at home location. During a charging session, a roaming EV user uses a pseudonym of the EV (known only to the user’s contracted supplier) which is anonymously signed by the user’s private key. This protocol protects the user’s identity privacy from other suppliers as well as the user’s privacy of location from its own supplier. Further, it allows the user’s contracted supplier to authenticate the EV and the user. Using two-factor authentication approach a multi-user EV charging is supported and different legitimate EV users (e.g., family members) can be held accountable for their charging sessions. With each charging session, the EV uses a different pseudonym which prevents adversaries from linking the different charging sessions of the same EV. On an application level, REVCBAMU supports fair user billing, i.e., each user pays only for his/her own energy consumption, and an open EV marketplace in which EV users can safely choose among different remote host suppliers. The protocol has been analysed in terms of security and computational overheads.

No description available.

No description available.

The increasing number of electric vehicles (EVs) in the transport sector has rendered the conventional fuel-based vehicles obsolete along with the fuel filling stations. With the growth in EVs, there has been an increase in the public charging infrastructure with fast charging equipment being used to charge the EVs in least possible time and also address the issue of ‘range anxiety’ among the EV owners. Many countries like South Korea and Germany has seen policies being implemented to install fast chargers for EVs in existing fuel filling stations. This study aims conduct a techno-economic feasibility to analyse the potential of implementing Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) with fast charging capacity into existing fuel filling stations. The potential of using solar photovoltaic system (PV) and battery storage systems (BESS) to reduce the load from the grid is also explored. Scenarios are developed considering different configurations of the EVSE, PV and BESS and an in-depth economic analysis is conducted to analyse the economic feasibility of the configurations. The impact on the electricity grid is also analysed in this thesis by conducting a load flow analysis on the CIGRE Low voltage network for Europe using Python.The proposed design enables selection of techno-economically feasible configurations of EVSE, BESS and PV. The results of the design are explained with the UK as a case study. It is observed that the configurations with 3 EVSE, BESS and 8 hours and the configuration with 3 EVSE, 1 BESS and 1 PV system for 8 hours of operation are economically viable. The proposed design shows that though the connection cost is the dominant factor affecting the feasibility, use of BESS with or without PV can reduce the connection cost by almost 90% depending on the number of BESS. Load flow analysis is conducted for the different configurations of EVSE, BESS and PV on the CIGRE LV network on Pandapower in Python. The results indicate that the existing network needs to be reinforced to facilitate the connection of EV fast chargers into the grid. Upgrading the network cables and increasing the slack voltage to a value of 1.05 or 1.1 Volts per unit, are the two strategies that have been suggested in this study to prevent any undervoltage that may occur as a result of connecting the EVSE to the electricity grid. The simulations conducted for the two strategies highlight that by implementing these strategies into the electricity grid network, the undervoltage issues in the transmission network can be mitigated. / Det ökande antalet elfordon inom transportsektorn har gjort de konventionella bränslebaserade fordonen föråldrade tillsammans med bränslepåfyllningsstationerna. Med ökningen av elbilar har det skett en ökning av den offentliga laddningsinfrastrukturen med snabbladdningsutrustning som används för att ladda elbilarna på åtminstone möjlig tid och också ta itu med frågan om ’range anxiety’ bland elägare. Många länder som Sydkorea och Tyskland har sett politik införas för att installera snabbladdare för elbilar i befintliga bensinstationer. Denna studie syftar till att genomföra en teknisk-ekonomisk genomförbarhet för att analysera potentialen för att implementera elfordonstillförselutrustning (EVSE) med snabb laddningskapacitet i befintliga bensinstationer. Potentialen med att använda solcellssystem (PV) och batterilagringssystem (BESS) för att minska belastningen från nätet undersöks också. Scenarier utvecklas med beaktande av olika konfigurationer av EVSE, PV och BESS och en djupgående ekonomisk analys genomförs för att analysera konfigurationernas ekonomiska genomförbarhet. Effekten på elnätet analyseras också i denna avhandling genom att genomföra en belastningsflödesanalys på CIGRE lågspänningsnät för Europa med Python.Den föreslagna designen möjliggör val av tekno-ekonomiskt genomförbara konfigurationer av EVSE, BESS och PV. Resultaten av designen förklaras med Storbritannien som en fallstudie. Det observeras att konfigurationerna med 3 EVSE, BESS och 8 timmar och konfigurationen med 3 EVSE, 1 BESS och 1 PV-system för 8 timmars drift är ekonomiskt lönsamma. Den föreslagna designen visar att även om anslutningskostnaden är den dominerande faktorn som påverkar genomförbarheten, kan användning av BESS med eller utan solceller minska anslutningskostnaden med nästan 90% beroende på antalet BESS. Lastflödesanalys utförs för de olika konfigurationerna av EVSE, BESS och PV på CIGRE LV-nätverket på Pandapower i Python. Resultaten visar att det befintliga nätverket måste förstärkas för att underlätta anslutningen av EV-snabbladdare till nätet. Uppgradering av nätverkskablarna och ökning av spänningen till 1,05 eller 1,1 volt per enhet är de två strategier som har föreslagits i denna studie för att förhindra underspänning som kan uppstå till följd av att EVSE ansluts till elnätet. Simuleringarna för de två strategierna lyfter fram att genom att implementera dessa strategier i elnätet kan underspänningsfrågorna i överföringsnätet mildras.

Electric vehicle (EV) development has gone into an accelerated pace in recent years to address pressing concerns on energy security, the environment, and the sustainability of transportation. The future market success of EVs is still uncertain, but the current shift in the automotive industry is indicating a possible bright future for EVs. Because of its unique load characteristics, an extensive deployment of EVs will not only bring challenges to power systems, but will enable new opportunities as well. The objective of this work is to address the increased third harmonic currents expected with the introduction of EVs and to explore the potential of leveraging flexible EV charging to increase wind power production. Since EV chargers rely on a nonlinear power conversion process to obtain a controllable DC source from the utility AC supply, it is expected that these devices will aggravate third harmonic current issues. In fact, utility harmonic field data show that, even without EVs, distribution feeders are already experimenting elevated levels of third harmonic currents. To address present and future utility harmonic filtering needs, a practical third harmonic hybrid active filter for medium voltage (MV) applications is proposed. Its design is based on strict utility requirements of cost, reliability, and ease of system implementation. The operation and performance of the proposed filter is verified through simulations and two experimental setups, one tested at 7.2 kV. Furthermore, a system impact study of the proposed filter is performed using actual data for a typical residential/small commercial distribution feeder. Because vehicles remain stationary most of the time, EVs have the potential of being flexibly charged, providing a spectrum of opportunities for system operators. The recent increase in wind power penetration in the U.S. is raising concerns on how to accommodate this stochastic renewable energy resource in day-ahead scheduling operations. In this work, a detailed integrated day-ahead scheduling framework is developed to explore the impact of leveraging flexible EV charging to balance out the variability and uncertainty of wind power generation. It is determined that the full benefits of balancing wind power generation with flexible EV charging may not be achieved in congested power systems. A potential solution based on deploying power routers (PRs) to augment the flexibility of the transmission system is proposed. Simulation results are presented for a test system based on the IEEE 39-bus system.

Transportsektorn domineras idag av fossila drivmedel som påverkar miljön negativt. Alternativen till fossila drivmedel är el och gas i form av bio- och vätgas. För att kunna ha en fordonsfriflotta helt oberoende av fossila drivmedel 2030 som är ett av Sveriges miljömål kommer elnätet bära ett mycket stort ansvar. Syftet med detta arbete var att ge Eskilstuna Energi och Miljö (EEM) information om hur det befintliga elnätet skulle klara högre ställda krav vid effektuttag i form av laddkontakter hos privatpersoner. Arbetet grundar sig i en ordentlig analys av data i det befintliga elnätet och med hjälp av programmet Trimble NIS simulerades flera tänkbara scenarier med högre effektuttag, simuleringarna gjordes med trefaseffekter, 4,1 kW, 7 kW, 11 kW och en sammanlagringseffekt på 80 % vid 7 kW. Totalt tre olika nätstationer simulerades och studerades. Efter simuleringarna erhölls data för strömstyrka i fördelningskablarna och hushållsströmmarna. En känslighetsanalys gjordes för att få ett så nära genomsnittligt värde hur körsträckorna för medelpersonen förändras, analysen gjordes för 30 % ökning och 30 % minskning av den genomsnittliga körsträckan. I resultaten sammanställdes de tre nätstationerna tillsammans i grafer, för att få ett genomsnittligt och tydligt resultat. Resultaten visade att vid ett ökat effektuttag på 4,1 kW skulle 17 av 111 personer överstigit sin dåvarande huvudsäkring i strömstyrka, vid de högre simulerade effektuttagen ökade antalet hushåll som överskred huvudsäkringen. I fördelningsnätet med ett effektuttag på 4,1 kW påverkades 2 av 34 förlagda kablar negativt, dvs. de översteg maxgränsen av vad de hade klarat av. Vid effektuttag på 7 kW och sammanlagring på 80 % vid samma effekt påverkades 6 stycken och vid 11 kW påverkades 14 stycken av de totalt 34 stycken negativt. Samtliga transformatorer skulle klarat av strömstyrkan som skulle uppkommit vid effektuttag på 4,1 kW. Två av transformatorerna hade även klarat av effektuttag på 7 kW samt sammanlagringen på 80 % vid samma effekt, enbart en av de tre transformatorerna skulle klarat av samtliga effektuttag utan någon negativ påverkning. För att det befintliga nätet inte ska överbelastas vid installation av kontakter för elbilar får den uttagna trefaseffekten i varje hushåll inte överskrida 4,1 kW. Eftersom effektuttaget i hushållen inte är konstanta över ett dygn skulle en typ av effektreglering kunna möjliggöra högre effekter till laddningen. På nätter är oftast förbrukningen mindre och därför finns det mer utrymme till att ladda en bil på högre effekt än 4,1 kW. Tiden för att ladda sin bil för dagliga körsträckor varierar mellan drygt en timme till sex timmar. Sker laddningen under natten med en effekt som nätet klarar av är en omställning från fossil- till eldrivna fordon ett möjligt framtidsscenario.

Transportsektorn står inför en omställning från förbränningsfordon till eldrivna fordon. Detta är en åtgärd för att minska koldioxidutsläppet inom transportsektorn och därmed reducera klimatpåverkan. Syftet med studien är att undersöka hur en ökad effektanvändning i form av elbilsladdning påverkar Gävles lokala elnät samt hur olika laddtekniker påverkar elnätet. Bakgrunden till studien grundar sig att elnätsföretaget vill öka medvetenheten om hur elnätets beredskap ser ut för en ökad elbilsladdning. Att undersöka elbilsladdningens påverkan på elnätet är av stor nytta för elnätsföretaget, men även andra som undersöker elbilsladdnings påverkan i elnätet kan ha användning för studien. Ämnet elbilsladdning är mycket aktuellt och många studier undersöker olika delar som berör elbilsladdning. Tidigare studier undersöker även olika typer av laddtekniker och hur smart laddning minska påverkan i elnätet. Smart laddning kan anpassa elbilsladdningen genom att styra den efter olika styrsignaler och sammankoppla hela elnätet. Denna studie undersöker delar av Gävles lokala elnät genom att simulera befintliga mätvärden lågspänningsnätet samt olika typer av elbilsladdning. Studien analyserar effektanvändningen av befintliga mätdata samt belastningsström och spänningsfall i elnätet med varierande lastprofiler i fyra olika områden. Resultatet för denna studie visar att elbilsladdning påverkar elnätet, vilket beror på vilken typ av laddteknik som används samt dimensioneringen av elnätet. Studien visar att elanvändningen i området idag har effekttoppar på eftermiddag och kväll när kunderna består av villakunder men att effekttoppen kan vara mitt på dagen där det finns industrier. Med elbilsladdning ökar belastningen samt spänningsfallet i nätet och en del av säkringarna i nätet löser ut. Laddning med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 samt laddning med effektvakt på 13,8 kW ger störst belastning och spänningsfall. Laddning utan styrning är den laddteknik som påverkar elnätet mest men laddning med effektvakt orsakar också problem. Laddning med 5,5 kW mellan kl. 23:00-06:00 samt när endast 50% av alla kunder laddar med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 är de scenarion som påverkar elnätet minst. Laddning med en låg effekt under natten när grundlasten är som lägst är den laddteknik som är mest gynnsam för elnätet. Studien visar även att nätet klarar en högre belastning av elbilsladdning inom en snar framtid om endast en del av kunderna i nätet använder elfordon. / The transport sector is facing a transition from combustion engine vehicles to electric vehicles. Through this action the carbon dioxide emissions in the transport sector can be reduced. The purpose of this study is to observe how an increased power use from electric vehicle charging (EVC) affects the local electricity grid in Gävle. The study also addresses how different charging techniques affect the electricity grid. The background of this study is to the increase awareness of the capacity of the electricity grid. There is a need from the electricity grid company to look over the impact on the grid from EVC. This could also be useful for others looking over the impact on the electricity grid from EVC. This is a hot topic and lots of other studies look over the different aspects of EVC. Previous studies also examine different types of charging techniques and how smart charging reduces the negative impact on the electricity grid. Smart charging is a way to adjust the EVC by regulating it after different parameters and connecting the entire electrical grid. This study simulates existing measured values of the low-voltage grid in Gävle and various types of EVC. This study examines the power use of existing measurement data as well as load current and voltage drops in the electricity grid with different load profiles in four different areas. Results from this study shot that EVC affects the electricity grid, to what extent depends on the type of charging technology used and the dimensions of the electricity grid. The study shows that electricity use in the area has power peaks in the afternoon and evening with residential customers, but power peaks tend to be in the middle of the day if there are industries in the area. EVC increase the load on the electricity grid, causes voltage drops and a few fuses in the grid to be triggered. Charging with 11 kW between 16:00-19:00 and charging with a power monitor of 13.8 kW create the greatest voltage drops and highest load on the grid. Charging without means of control affects the electricity grid the most but charging with a power monitor also creates problems. Charging with 5.5 kW between 23:00-06:00 as well as when only 50 % of all customers charge with 11 kW between 16:00-19:00 impacts the grid the least. Charging with low power during the night when the base load is at its lowest is the charging technology that is most favorable for the electricity grid. Results also show that the grid can handle a higher load of EVC in the near future if only some of the customers in the network start using electric vehicles.

This work examines the local distribution system in two residential areas in two Swedish towns, Oxelösund and Karlskrona, and studies how integration of PV systems and electric vehicle (EV) charging stations (CS) will affect the present distribution system. The research questions focus on the economic feasibility of a LVDC system, how it compares to a traditional LVAC (low voltage alternating current) system from an economic and technical perspective, and the possibilities a LVDC system brings to other DC component applications. The Swedish government aims to have a fossil-free vehicle fleet by 2030 and one of the measures is no fossil-fuel burning vehicle will be produced and sold in Sweden. This means the number of CS, and the charging infrastructure around these, need to be developed, to contribute to this goal and sustain this transformation. A connected issue is that updates on the regulations for non concession-regulated networks (IKN) in January 2022 extended the basic preconditions and allows possibilities for energy sharing between buildings. The new regulations are also in favor of micro-production and contribute to more decentralised systems. Connections of Renewable Energy Sources (RES) to the distribution system are expected to increase in the coming years. Grid-connected solar PV systems in Sweden have increased by 56% between 2019 and 2020, and at the same time EVs are becoming more apparent on the roads. These DC-(direct current) based technologies, and the possible need to strengthen local networks to accommodate new sources and loads, are bringing new opportunities for low voltage direct current (LVDC) based distribution systems. To answer the research questions, two different models with different concepts, parallel pure DC and parallel AC/DC, were built in simulation software. The conclusion of this study is that a traditional LVAC system is preferable over pure DC system from both economic and technical perspective for already connected areas, such as the two areas in this project. A parallel pure DC system might be preferable in newly built areas with substantial PV and EV, where exchange is wanted between buildings with separate AC grid connections. / Detta examnesarbetet undersöker det lokala distributionssystemet i två bostadsområden, i Oxelösund och Karlskrona. Arbetet fokuserar på hur (nya) anslutningar av solceller och laddstationer för elfordon (CS) kommer att påverka det nuvarande distributionsnätet i områdena. Forskningsfrågorna fokuserar på den ekonomiska genomförbarheten av ett LVDC-system, och hur det är jämfört med ett traditionellt LVAC-system (lågspänningsväxelström) ur ett ekonomiskt och tekniskt perspektiv, samt vilka möjligheter ett LVDC-system kan bidra med till andra DC-komponenttillämpningar. Den svenska regeringen ämnar ha en fossilfri fordonsflotta år 2030 och en av åtgärderna till målet är att sluta producera och sälja fossildrivna fordon i Sverige. Det innebär att antalet CS samt en laddingsinfrastruktur behöver utvecklas för att kunna bidra till målet och upprätthålla omställningen. De senaste uppdateringarna i regelverket för icke koncessionspliktiga nät (IKN) i januari 2022 vidgade de grundläggande förutsättningarna och bidrog till större möjligheter till energidelning mellan flera huskroppar. Det nya regelverket gynnar mikroproduktion och bidrar också till mer decentraliserade system. Anslutningar av RES till distributionsnätet förväntas öka under de kommande åren. Nätanslutna solcellsanläggningar i Sverige ökade med 56% mellan 2019 och 2020, samtidigt som det blir fler och fler elbilar på vägarna. Dessa DC-(likströms) baserade teknik kan öppna upp nya möjligheter för ett lågspänningslikström- (LVDC) baserad distributionssystem. För att besvara forskningsfrågorna byggdes två olika modeller med olika koncept, parallell ren DC och parallell AC/DC i simuleringsprogram. Slutsatsen av denna studien är att ett traditionellt LVAC-system är att föredra framför rent DC-system ur både ekonomiskt och tekniskt perspektiv för redan anslutna områden, som de två områdena i detta projekt. Ett parallellt rent DC-system kan vara att föredra i oanslutna områden, dvs nya bostadsområden under utveckling.

This study investigates the underlying factors driving OKQ8’s electric vehicle charging sales in kWh and aims to understand their customers better by identifying the factors that impact sales in the electric vehicle charging market. The study focuses on transactions from 17 OKQ8 stations in Sweden and Denmark, from July 1st, 2022, to February 28th, 2023, categorized into five distinct subgroups based on similar attributes. The report uses a multiple linear regression model in the programming language R and macroeconomic principles to identify the variables that lead to additional sales of electric vehicle charging.  The final regression model includes the variables Sales, Station, Month, Weekday, and Time, with an Adjusted R2 of over 68% for all five groups. The study reveals that price does not have a significant impact on the sales of charging. Moreover, the analysis highlights the significance of variables related to time, month, day of the week, and individual charging stations, which demonstrate varying impacts on charging sales across different groups.  The study provides valuable insights into the influence of price and consumer behavior on electric vehicle charging sales, emphasizing the importance of adopting strategic approaches to encourage a wider adoption of electric vehicles, enhance charging infrastructure, and consider government support such as subsidies or tax incentives. The study has some limitations, including a lack of data for March to May and only covering a single year, limiting the ability to identify recurring patterns. Nonetheless, the study’s findings provide insights into the factors affecting OKQ8’s sales of electrical vehicle charging and ongoing research is necessary to validate and expand upon these findings, considering the constantly evolving electric vehicle market. / Denna studie syftar till att undersöka de underliggande faktorer som påverkar försäljningen av laddning av elektriska fordon i kWh hos OKQ8 och strävar vidare efter att få en djupare förståelse för deras kundgrupp. Studien bygger på data som sträcker sig från den 1a juli 2022 till den 28e februari 2023 och är i form av transaktioner från 17 olika OKQ8-stationer i Sverige och Danmark. Dessa 17 stationer delas sedan sedan in i fem olika undergrupper där stationerna i varje undergrupp erhåller liknande egenskaper. Rapporten använder sig av en multipel linjär regressionsmodell i programmeringsspråket R, och makroekonomiska principer för att identifiera variabler som leder till ökad försäljning av laddning av elektriska fordon. Den slutliga regressionsmodellen inkluderar variablerna Försäljning, Station, Månad, Veckodag och Tid, där Adjusted R2 har ett värde över 68% för samtliga fem grupper. Studien avslöjar att priset inte har en signifikant inverkan på försäljningen av laddning och belyser vidare betydelsen av variabler relaterade till tid, månad, veckodag och individuella laddningsstationer, vilka visar en varierande signifikans på försäljningen av laddning inom de olika grupperna. Studien ger värdefulla insikter om konsumentbeteende kopplat till försäljning av laddning för elektriska fordon. Den betonar också vikten av att vidta strategiska åtgärder för att främja en mer omfattande spridning av elektriska fordon, förbättra laddningsinfrastrukturen och överväga regeringsstöd såsom subventioner eller skattelättnader. Studien har vissa begränsningar att ta hänsyn till, däribland avsaknad av data för perioden mars till maj och att den endast täcker ett år. Dessa begränsningar påverkar möjligheten att identifiera eventuella återkommande mönster. Trots detta bidrar studiens resultat med värdefulla insikter om de faktorer som påverkar försäljningen av laddning för elektriska fordon som OKQ8 kan dra nytta av i sin verksamhet. På grund av marknadens ständiga utveckling är det dock nödvändigt med fortsatt analys för att validera och vidareutveckla resultaten.

No description available.